KR101125858B1 - System for treating bio organic material and method for treating bio organic material using the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A system for treating bio-organic materials and a method for treating the bio-organic materials using the same are provided to physically, chemically, and biologically separate water from aqueous low molecular organic materials and to collect organic materials as resources. CONSTITUTION: A system for treating bio-organic materials includes a hydrothermal decomposing unit(200) and a bio energy collecting unit. The hydrothermal decomposing unit secures the concentrations of hydrogen ions and hydroxyl ions in the water of bio-organic materials to be more than or equal to 3.0x10^-12(mol/L)^2. The cell membrane inlet of the bio-organic materials based on polymer insoluble protein is hydrothermal decomposed into low molecular water soluble organic materials based on the hydrogen ions and hydroxyl ions. The low molecular water soluble organic materials are molten by cell liquid to form cell membrane holes, and the cell liquid of the hydrothermal decomposed organic materials transfers through the holes.

Description

바이오 유기물 처리 시스템 및 이를 이용한 바이오 유기물 처리방법{System for treating bio organic material and Method for treating bio organic material using the same}System for treating bio organic material and Method for treating bio organic material using the same

본 발명은 바이오 유기물 처리 시스템 및 이를 이용한 바이오 유기물 처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단백질 출입구를 가진 세포막으로 세포액을 가두는 세포로 이루어진 바이오 유기물에서 열수분해를 통하여 상기 단백질 출입구를 녹여 세포막에 구멍을 만들고 상기 세포액이 가진 물을 분리하여 상기 바이오 유기물을 폐기물이 아닌 바이오 에너지나 비료 등의 각종 자원으로 활용하는 바이오 유기물 처리 시스템 및 이를 이용한 바이오 유기물 처리방법에 관한 것이다.The present invention relates to a bio organic material processing system and a bio organic material processing method using the same, and more particularly, in the bio organic material consisting of cells trapping the cell solution into a cell membrane having a protein entrance and exit through the hydrolysis to dissolve the protein entrance and the hole in the cell membrane The present invention relates to a bio-organic material processing system using the bio-organic material as various resources such as bioenergy or fertilizer, not waste, by separating the water contained in the cell solution, and a bio-organic material processing method using the same.

바이오 유기물은 세포의 집단으로 이루어진 것인데, 상기 세포는 미세하여 보통 1cc 에 1억 개 이상의 세포 집단으로 이루어져 있고, 개개의 세포는 세포액을 담고 있는 세포막을 가지며, 각각의 세포막에는 상기 세포에 필요한 영양물질 등을 통과시키는 단백질로 이루어진 세포막 출입구가 있다.Bio-organisms consist of a group of cells, which are microscopic and usually consist of a population of more than 100 million cells in 1 cc, each cell has a cell membrane containing the cell fluid, and each cell membrane contains the nutrients needed for the cell. There is a cell membrane entrance consisting of a protein that passes through the back.

여기서, 세포액은 상기 세포막에 담겨있어 탈수되지 않고, 세포의 외부에 보호물질을 분비하여 상기 세포막이 쉽게 분해되지 않기 때문에, 세포액이 이동하지 못하여 바이오 유기물을 물리적, 화학적, 생물학적으로 처리하기 어려워 자원으로 활용되지 못하는 경우가 대부분이다.Here, since the cell fluid is contained in the cell membrane, it is not dehydrated, and since the cell membrane is not easily decomposed by secreting a protective substance to the outside of the cell, the cell fluid cannot move and thus it is difficult to process bio organic materials physically, chemically, and biologically. Most of the time it is not utilized.

그런데 상기 바이오 유기물이 장기간 방치되면 상기 세포막 출입구가 서서히 분해되면서 상기 세포막에 구멍이 생겨 상기 세포액이 침출수로 방출되어 악취가 발생하고 환경을 오염시키기 때문에 장기 보관이 어렵고 대부분 폐기물로 처리되고 있다.However, when the bio-organic material is left for a long time, the cell membrane entrance is gradually decomposed and holes are formed in the cell membrane, so that the cell fluid is released into the leachate, which causes odor and pollutes the environment.

상기 바이오 유기물에서 물을 제거하면 얻을 수 있는 유기물은 건조중량 1kg당 3500 kcal 이상의 많은 에너지가 포함되어 있기 때문에 상기 바이오 유기물을 재생 에너지 자원으로 활용하기 위하여 건조, 소각, 바이오 가스화 등 다양한 방법이 시도되고 있다.Since the organic material obtained by removing water from the bio organic material contains more than 3500 kcal per 1 kg of dry weight, various methods such as drying, incineration and biogasification have been attempted to utilize the bio organic material as a renewable energy source. have.

그러나, 상기 바이오 유기물의 물을 제거하기 위하여 건조하고 소각하는 과정에서 회수하는 에너지보다 많은 열에너지가 소모될 뿐 아니라 이러한 과정에서 많은 악취가 발생한다.However, in order to remove the water of the bio organic matter, not only heat energy is consumed more than energy recovered during drying and incineration but also many odors are generated in this process.

또한, 바이오 가스화는 미생물을 이용하여 바이오 유기물을 분해하여 메탄가스를 만드는 기술인데, 바이오 유기물이 세포막으로 막혀있을 뿐 아니라 세포 자체에서 보호물질로 단백질 효소를 방출하여 분해가 제대로 되지 않으며, 소화된 폐액에 함유된 질소나 인을 방류수 허용 기준 이하로 제거하기도 어렵다.In addition, biogasification is a technology for making methane gas by decomposing bio organic materials using microorganisms. Bioorganization is not only blocked by the cell membrane but also releases protein enzyme as a protective substance from the cell itself, so it is not properly decomposed. It is also difficult to remove nitrogen and phosphorus contained in the effluent below the effluent limit.

또한, 바이오 가스의 효율을 향상시키기 위하여 세포막을 파괴하거나 세포 보호물질의 기능을 중단시키는 전처리 기술이 사용되는데, 미생물 세포벽을 파괴하거나 120℃~130℃ 정도의 고온으로 가열하거나 가성소다 또는 석회 등을 주입하여 열수분해를 촉진하면 약 20% 정도 혐기소화 성능이 향상된다.In addition, in order to improve the efficiency of biogas, pretreatment techniques are used to destroy cell membranes or stop the function of cell protective substances, and to destroy microbial cell walls, heat them to a high temperature of about 120 ° C to 130 ° C, or caustic soda or lime. Promoting pyrolysis by injection improves anaerobic digestion by about 20%.

그러나, 종래의 바이오 유기물을 처리하기 위한 전처리 공정들은 상기 바이오 유기물에서 세포의 기능성 유기물을 형성하는 단백질의 형태만 입방구조에서 선형구조로 변형시켜 그 기능을 억제할 뿐 세포액이 자유롭게 이동하는 유동성을 만들지 못하여 바이오 유기물의 물을 쉽게 분리하지 못한다.However, the conventional pretreatment processes for treating bio-organic materials only change the shape of the protein that forms the functional organic material of the cells in the bio-organic material from the cubic structure to the linear structure, suppressing its function, and making the fluid flow freely. It does not easily separate the water of bio organic matter.

한국등록특허공보 10-0968764(발명의 명칭: 슬러지 가열 유니트, 슬러지 가열방법 및 이를 이용한 슬러지 열수분해장치)의 명세서 식별번호 [54]~[68] 및 명세서 식별번호 [115] ~ [120] 참조Refer to the specification identification numbers [54] to [68] and the specification identification numbers [115] to [120] of Korean Patent Publication No. 10-0968764 (name of the invention: sludge heating unit, sludge heating method and sludge hydrolysis device using the same).

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 촉매의 작용 없이 빠르게 열수분해하여 바이오 유기물의 세포액에 있는 물을 분리하고 유기물은 바이오 에너지나 비료 등의 각종 자원으로 활용하는 바이오 유기물 처리 시스템을 제공하는 것이다. The problem to be solved by the present invention is to provide a bio-organic material processing system that rapidly hydrolyzes without the action of the catalyst to separate the water in the cell solution of the bio-organic material and the organic material is used as various resources such as bioenergy or fertilizer.

본 발명의 해결하고자 하는 다른 과제는 열수분해를 통하여 바이오 유기물의 단백질 세포막 출입구를 제거하여 세포액의 이동을 차단하는 세포막에 구멍을 만들고, 상기 세포막의 구멍을 통하여 세포막 외부로 세포액이 자유롭게 이동하는 열수분해 유기물의 유동성을 이용하여 물리적, 화학적, 생물학적 방법으로 물과 유기물을 분리하는 방법을 제공하는 것이다. Another problem to be solved by the present invention is to make a hole in the cell membrane to block the movement of the cell solution by removing the protein cell membrane entrance of the bio-organic material through thermal hydrolysis, the hydrolysis of the cell fluid freely moves outside the cell membrane through the hole of the cell membrane It is to provide a method of separating organics from water by physical, chemical and biological methods using the fluidity of organics.

본 발명의 해결하고자 하는 또 다른 과제는 상기 바이오 유기물이 함유한 염분의 염소 이온에도 부식되지 않고 견딜 수 있는 열수분해장치를 갖는 바이오 유기물 처리 시스템을 제공하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention is to provide a bio organic material processing system having a thermal hydrolysis device that can withstand the chlorine ions of the salt contained in the bio organic material without corrosion.

본 발명의 해결하고자 하는 또 다른 과제는 오염 농도가 높은 열수분해 유기물을 처리하여 하천으로 방류할 수 있는 깨끗한 물로 처리하면서 오염물질인 유기물을 에너지 자원이나 비료로 활용할 수 있는 바이오 유기물 처리 시스템을 제공하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention is to provide a bio-organic material processing system that can use the polluted organic material as an energy source or fertilizer while treating the hydrothermal organic material with high pollution concentration with clean water that can be discharged to the stream. will be.

본 발명의 해결하고자 하는 또 다른 과제는 바이오 유기물을 열수분해 유기물을 만들고, 화학반응으로 질소와 인을 제거하여 수처리의 탈질 과정에서 탄소공급원으로 활용할 수 있는 방법을 개발하는 것이다.Another problem to be solved of the present invention is to develop a method that can be used as a carbon source in the denitrification process of the water treatment by making the bio-organic material hydrothermally decomposed organic matter, remove nitrogen and phosphorus by chemical reaction.

상술한 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 고분자 불용성 단백질로 이루어진 세포막 출입구를 갖는 세포막으로 세포액을 가두는 세포로 이루어진 바이오 유기물에 들어있는 물의 수소 이온과 수산이온의 농도를 이온화 상수가 3.0 × 10-12(mol/L)2 이상이 되는 농도로 만들어 상기 수소이온과 상기 수산이온이 상기 세포막 출입구를 저분자 수용성 유기물로 열수분해하는 열수분해 장치; 그리고, 상기 저분자 수용성 유기물이 상기 세포액에 녹아서 형성된 세포막 구멍을 통하여 상기 세포액이 상기 세포막의 외부로 자유롭게 이동되는 열수분해 유기물을 물리적, 화학적, 생물학적 방법 중 하나 이상의 방법으로 처리하여 물과 유기물을 분리하는 바이오 에너지 회수장치를 포함하는 바이오 유기물 처리 시스템을 제공한다.In order to achieve the above-described problem, the present invention has an ionization constant of 3.0 to determine the concentration of hydrogen ions and hydroxyl ions in water contained in a bio-organic material consisting of cells confining cell fluid to a cell membrane having a cell membrane entrance made of a polymer insoluble protein. A thermal hydrolysis device in which the hydrogen ions and the hydroxyl ions hydrothermally decompose the cell membrane entrance into a low molecular water-soluble organic material by making the concentration to be at least about 10 −12 (mol / L) 2 ; In addition, the hydrophobic organic material, in which the cell fluid is freely moved to the outside of the cell membrane through the cell membrane holes formed by melting the low molecular water-soluble organic material in the cell fluid, is treated by one or more of physical, chemical, and biological methods to separate water from the organic material. Provided is a bio organic material processing system including a bio energy recovery device.

상기 바이오 유기물 처리 시스템은 상기 열수분해장치의 일측에 설치되어, 상기 열수분해장치에서 일어나는 반응을 촉진하기 위한 촉매를 투입하는 촉매투입유닛을 더 포함할 수 있다.The bio organic material treatment system may further include a catalyst input unit installed at one side of the thermal hydrolysis device to input a catalyst for promoting a reaction occurring in the thermal hydrolysis device.

상기 열수분해장치는 상기 이온화 상수가 3.0 × 10-12(mol/L)2 이상이 되도록 하기 위하여 상기 바이오 유기물을 180℃~250℃로 가열하는 유기물 가열유닛과, ,상기 유기물 가열유닛에서 배출되는 고온의 열수분해 유기물과 외부에서 공급되는 열수분해될 저온의 바이오 유기물을 열교환시키는 열교환유닛을 포함하고, 상기 유기물 가열유닛은 상기 바이오 유기물이 채워지는 유기물 공간과 상기 유기물 공간의 상부에 수증기가 채워지는 수증기 공간을 형성하는 가열용기와, 상기 수증기 공간과 상기 유기물 공간을 왕복하는 교반기를 포함하며, 상기 수증기는 상기 바이오 유기물을 가열하기 위하여 상기 수증기 공간에 공급될 수 있다.The thermal hydrolysis device is an organic material heating unit for heating the bio organic material to 180 ℃ ~ 250 ℃ in order to make the ionization constant is 3.0 × 10 -12 (mol / L) 2 or more, and discharged from the organic heating unit And a heat exchange unit for exchanging high temperature thermal hydrolysis organic material and low temperature bio organic material to be thermally hydrolyzed from the outside, wherein the organic heating unit is filled with an organic material space in which the bio organic material is filled and an upper portion of the organic space. And a heating vessel forming a steam space, and a stirrer reciprocating the steam space and the organic space, wherein the steam may be supplied to the steam space to heat the bio organic material.

상기 열수분해장치는 상기 바이오 유기물의 열수분해 조건을 견딜 수 있는 티타늄 재질로 제작될 수 있다.The thermal hydrolysis device may be made of a titanium material that can withstand the thermal hydrolysis conditions of the bio-organic material.

상기 바이오 에너지 회수장치는 상기 열수분해 유기물을 액상유기물과 고형유기물로 분리하는 고액분리기를 포함할 수 있다.The bioenergy recovery device may include a solid-liquid separator separating the thermal hydrolysis organic material into a liquid organic material and a solid organic material.

또한, 상기 바이오 에너지 회수장치는 바이오 가스를 생성하기 위하여 혐기성 미생물을 이용하여 상기 열수분해 유기물을 혐기소화시키기 위한 혐기소화조를 포함할 수 있다.In addition, the bioenergy recovery apparatus may include an anaerobic digestion tank for anaerobic digestion of the thermal hydrolysis organic material using anaerobic microorganisms to generate biogas.

또한, 상기 바이오 에너지 회수장치는 상기 열수분해 유기물에 반응물질을 공급하여 상기 열수분해 유기물에 존재하는 질소와 인을 화학결합으로 제거하기 위한 화학 반응조를 포함할 수 있다.In addition, the bioenergy recovery device may include a chemical reaction tank for supplying a reactant to the thermal hydrolysis organic material to remove nitrogen and phosphorus present in the thermal hydrolysis organic material by chemical bonds.

상기 화학 반응조는 상기 질소와 인을 함유하는 엠에이피(MAP: Magnesium Ammonium Phosphate)를 형성하기 위한 엠에이피(MAP) 반응조일 수 있다.The chemical reaction tank may be an MAP reactor for forming Magnesium Ammonium Phosphate (MAP) containing nitrogen and phosphorus.

상기 바이오 에너지 회수장치는 상기 열수분해 유기물에 잔존하는 질소를 제거하기 위하여 구비되는 탈질조를 더 포함할 수 있다.The bioenergy recovery device may further include a denitrification tank provided to remove nitrogen remaining in the thermal hydrolysis organic material.

또한, 상기 바이오 에너지 회수장치는 바이오 석탄을 만들기 위하여 상기 열수분해 유기물을 응집 침전시키는 응집 침전조를 포함할 수 있다.In addition, the bioenergy recovery device may include a coagulation precipitation tank for coagulation precipitation of the thermal hydrolysis organic material to make bio coal.

또한, 상기 바이오 에너지 회수장치는 바이오 석탄을 만들기 위하여 상기 열수분해 유기물에서 고형유기물을 분리하는 막분리기를 포함할 수 있다.In addition, the bioenergy recovery device may include a membrane separator for separating the solid organic matter from the thermal hydrolysis organic material to make bio coal.

또한, 상기 바이오 에너지 회수장치는 바이오 석탄을 만들기 위하여 상기 열수분해 유기물을 증발 응축하여 증류수와 건조유기물로 분리하는 증발응축기를 포함할 수 있다.In addition, the bioenergy recovery device may include an evaporation condenser for evaporating and condensing the thermal hydrolysis organic material to separate the distilled water and dry organic matter to make bio coal.

본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 본 발명은 고분자 불용성 단백질로 이루어진 세포막 출입구를 갖는 세포막으로 세포액을 가두는 세포로 이루어진 바이오 유기물에 들어있는 물의 수소 이온과 수산이온의 농도를 이온화 상수가 3.0 × 10-12(mol/L)2 이상이 되는 농도로 만들어 상기 수소이온과 상기 수산이온이 상기 세포막 출입구를 저분자 수용성 유기물로 열수분해하는 열수분해 단계; 그리고, 상기 저분자 수용성 유기물이 상기 세포액에 녹아서 형성된 세포막 구멍을 통하여 상기 세포액이 상기 세포막의 외부로 자유롭게 이동되는 열수분해 유기물을 물리적, 화학적, 생물학적 방법 중 하나 이상의 방법으로 처리하여 물과 유기물을 분리하는 바이오 에너지 회수단계를 포함하는 바이오 유기물 처리방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, the present invention provides an ionization constant of 3.0 × 10 for the concentration of hydrogen ions and hydroxyl ions in water contained in a bio-organic material consisting of cells confining cell fluid to a cell membrane having a cell membrane entrance and exit of a polymer insoluble protein. Making a concentration of -12 (mol / L) 2 or more so that the hydrogen ions and the hydroxyl ions thermally decompose the cell membrane entrance into the low molecular water-soluble organic material; In addition, the hydrophobic organic material, in which the cell fluid is freely moved to the outside of the cell membrane through the cell membrane holes formed by melting the low molecular water-soluble organic material in the cell fluid, is treated by one or more of physical, chemical, and biological methods to separate water from the organic material. It provides a bio organic material treatment method comprising a bio energy recovery step.

상기 바이오 유기물 처리방법은 상기 열수분해단계가 수행되는 동안 열수분해 반응을 촉진하기 위한 촉매를 투입하는 촉매투입단계를 더 포함할 수 있다.The bio organic material treatment method may further include a catalyst input step of introducing a catalyst for promoting a thermal hydrolysis reaction while the thermal hydrolysis step is performed.

상기 열수분해단계는 상기 이온화 상수가 3.0 × 10-12(mol/L)2 이상이 되도록 하기 위하여 상기 바이오 유기물을 180℃~250℃로 가열하는 유기물 가열단계와, 고온의 상기 열수분해 유기물과 외부에서 공급되는 열수분해될 저온의 바이오 유기물을 열교환시키는 열교환 단계를 포함하고, 상기 유기물 가열 단계는 상기 바이오 유기물이 채워지는 유기물 공간과 상기 유기물 공간의 상부에 수증기가 채워지는 수증기 공간이 형성된 가열용기의 내부로 상기 바이오 유기물을 가열하기 위하여 상기 수증기 공간으로 상기 수증기를 공급하는 단계와, 상기 수증기 공간과 상기 유기물 공간을 왕복하는 교반기를 작동시키는 단계를 포함할 수 있다.The thermal hydrolysis step is an organic material heating step of heating the bio organic material to 180 ℃ ~ 250 ℃ in order to make the ionization constant is 3.0 × 10 -12 (mol / L) 2 or more, and the thermal hydrolysis organic material and the outside of the high temperature The heat exchange step of heat-exchanging the low-temperature bio-organic material to be supplied from the hydrothermal decomposition, wherein the organic material heating step of the heating vessel is formed with the organic space is filled with the bio organic material and the steam space is filled with water vapor in the upper portion of the organic space The method may include supplying the steam to the steam space to heat the bio organic material therein, and operating a stirrer that reciprocates the steam space and the organic space.

상기 바이오 에너지 회수단계는 상기 열수분해 유기물을 액상유기물과 고형유기물로 분리하는 고액분리단계를 포함할 수 있다.The bioenergy recovery step may include a solid-liquid separation step of separating the thermal hydrolysis organic material into a liquid organic material and a solid organic material.

또한, 상기 바이오 에너지 회수단계는 바이오 가스를 생성하기 위하여 혐기성 미생물을 이용하여 상기 열수분해 유기물을 혐기소화시키는 단계를 포함할 수 있다. In addition, the bioenergy recovery step may include the step of anaerobic digestion of the thermal hydrolysis organic material using anaerobic microorganisms to generate biogas.

또한, 상기 바이오 에너지 회수단계는 반응물질을 공급하여 상기 열수분해 유기물에 존재하는 질소와 인을 화학결합으로 제거하기 위한 화학 반응단계를 포함할 수 있다.In addition, the bioenergy recovery step may include a chemical reaction step of supplying a reactant to remove nitrogen and phosphorus present in the thermal hydrolysis organic material by chemical bonding.

상기 화학 반응단계는 질소와 인을 함유하는 엠에이피(MAP: Magnesium Ammonium Phosphate)를 형성하기 위한 엠에이피(MAP) 반응 단계일 수 있다.The chemical reaction step may be an MAP reaction step for forming Magnesium Ammonium Phosphate (MAP) containing nitrogen and phosphorus.

또한, 상기 바이오 에너지 회수단계는 상기 열수분해 유기물에 잔존하는 질소를 제거하기 위한 탈질단계를 더 포함할 수 있다.The bioenergy recovery step may further include a denitrification step for removing nitrogen remaining in the thermal hydrolysis organic material.

또한, 상기 바이오 에너지 회수단계는 바이오 석탄을 만들기 위하여 상기 열수분해 유기물을 응집 침전시키는 응집 침전단계를 포함할 수 있다.In addition, the bioenergy recovery step may include a coagulation precipitation step of coagulation precipitation of the thermal hydrolysis organic material to make bio coal.

또한, 상기 바이오 에너지 회수단계는 바이오 석탄을 만들기 위하여 상기 열수분해 유기물에서 고형유기물을 분리하는 막분리 단계를 포함할 수 있다.In addition, the bioenergy recovery step may include a membrane separation step of separating the solid organic matter from the thermal hydrolysis organic material to make bio coal.

또한, 상기 바이오 에너지 회수단계는 바이오 석탄을 만들기 위하여 상기 열수분해 유기물을 증발 응축하여 증류수와 건조유기물로 분리하는 증발응축단계를 포함할 수 있다.In addition, the bioenergy recovery step may include an evaporative condensation step of separating the thermal hydrolysis organic matter by evaporation and condensation into distilled water and dry organic matter to make bio coal.

본 발명에 따른 바이오 유기물 처리 시스템 및 이를 이용한 바이오 유기물 처리방법의 효과를 설명하면 다음과 같다.Referring to the effects of the bio organic material treatment system and the bio organic material treatment method using the same according to the present invention.

첫째, 바이오 유기물의 세포막 단백질 출입구를 물의 이온화 상수가 3.0 × 10-12(mol/L)2 이상인 높은 농도의 수소이온과 수산이온을 이용하여 촉매 없이 빠르게 불용성 고분자 단백질을 수용성 저분자 유기물로 열수분해할 수 있는 이점이 있다.First, the bio-inorganic membrane protein gateway can be thermally decomposed into a water-soluble low-molecular organic substance without a catalyst by using a high concentration of hydrogen ions and hydroxide ions having a water ionization constant of 3.0 × 10 -12 (mol / L) 2 or more. There is an advantage to this.

둘째, 열수분해장치에 의하여 바이오 유기물이 세포액에 세포막 출입구가 모두 녹아 세포막에 구멍이 생겨 세포액이 자유롭게 이동하는 열수분해 유기물로 전환되도록 함으로써, 상기 열수분해 유기물의 유동성을 활용하여 물리적, 화학적, 생물학적으로 물을 분리하고 유기물을 자원으로 회수하여 이 유기물을 바이오 석탄, 바이오 가스 같은 에너지나 비료 등으로 활용할 수 있는 이점이 있다.Secondly, the bio-organic material melts all the cell membrane entrances and exits in the cell solution by the hydrolysis device so that the cell membrane is converted into the thermal hydrolysis organic material in which the cell fluid moves freely, thereby utilizing the fluidity of the hydrolysis organic material physically, chemically and biologically. By separating water and recovering organic matter as a resource, the organic matter can be utilized as energy or fertilizer such as biocoal and biogas.

셋째, 바이오 유기물을 열수분해 유기물로 전환하는 과정에 연속식 열수분해와 열교환으로 투입 에너지를 최소화함으로써 회수 에너지를 최대화할 수 있는 이점이 있다.Third, there is an advantage in that the recovery energy can be maximized by minimizing the input energy by continuous thermal hydrolysis and heat exchange in the process of converting the bio organic material into thermal hydrolysis organic material.

넷째, 열수분해장치의 유기물 가열유닛과 열교환유닛이 염소 이온에도 내식성이 강한 티타늄으로 제작됨으로써 상기 열수분해장치가 염분을 함유한 바이오 유기물을 열수분해하는데 사용되더라도 상기 열수분해장치의 수명이 연장되는 이점이 있다.Fourth, the organic material heating unit and the heat exchange unit of the thermal hydrolysis device is made of titanium, which is highly corrosion resistant to chlorine ions, so that the lifetime of the thermal hydrolysis device is extended even if the thermal hydrolysis device is used to thermally decompose bio-organic materials containing salts. There is this.

다섯째, 바이오 에너지 회수장치를 사용함으로써 오염 농도가 높은 열수분해 유기물을 물리적, 화학적, 생물학적으로 처리하여 하천에 방류할 수 있는 깨끗한 물로 만들수 있는 이점이 있다. Fifth, by using a bio-energy recovery device, there is an advantage in that the hydrothermal organic material having a high pollution concentration can be treated physically, chemically, and biologically to make clean water that can be discharged to rivers.

여섯째, 바이오 유기물을 열수분해한 열수분해 유기물로부터 질소와 인을 화학적으로 제거하여 하수처리장의 탈질 공정에 필요한 탄수화물 유기물을 확보할 수 있는 이점이 있다.Sixth, there is an advantage in that the carbohydrate organic material necessary for the denitrification process of the sewage treatment plant can be secured by chemically removing nitrogen and phosphorus from the thermal hydrolysis organic material obtained by hydrolyzing the bio organic material.

일곱째, 자연에 폐기하면 부패하면서 생성되는 메탄가스가 대기 중으로 방출되어 지구온난화를 촉진하는 바이오 유기물을 바이오 에너지 회수장치를 사용하여 깨끗하게 처리함으로써 지구온난화를 방지하는 이점이 있다.Seventh, there is an advantage of preventing global warming by treating the bio-organic material that promotes global warming by discharging methane gas generated while decaying into the atmosphere by using a bio energy recovery device.

도 1은 온도에 따른 물의 이온화 상수 값을 보여주는 그래프.
도 2는 바이오 유기물의 세포막 구조도
도 3은 본 발명에 따른 바이오 유기물 처리 시스템의 제1 실시 예의 구성을 블럭으로 나타낸 도면.
도 4는 도 3의 바이오 유기물 처리 시스템에 구비된 열수분해장치를 나타낸 사시도.
도 5는 도 4의 열수분해장치에 구비된 유기물 가열유닛의 잘려진 상태를 나타내는 사시도.
도 6은 도 4의 열수분해장치에 구비된 유기물 가열유닛의 단면을 나타내는 도면.
도 7은 도 6의 유기물 가열유닛에 구비된 회전축과 블레이드를 나타낸 사시도.
도 8은 본 발명에 따른 바이오 유기물 처리 시스템의 제2 실시 예의 구성을 블럭으로 나타낸 도면.
도 9는 본 발명에 따른 바이오 유기물 처리 시스템의 제3 실시 예의 구성을 블럭으로 나타낸 도면.
도 10은 본 발명에 따른 바이오 유기물 처리 시스템의 제4 실시 예의 구성을 블럭으로 나타낸 도면.
도 11은 본 발명에 따른 바이오 유기물 처리 시스템의 제5 실시 예의 구성을 블럭으로 나타낸 도면.
1 is a graph showing the ionization constant value of water with temperature.
2 is a cell membrane structure diagram of a bio organic material
Figure 3 is a block diagram showing the configuration of a first embodiment of a bioorganic treatment system according to the present invention.
4 is a perspective view showing a hydrothermal decomposition apparatus provided in the bio organic material processing system of FIG.
Figure 5 is a perspective view showing a cut state of the organic material heating unit provided in the thermal hydrolysis device of FIG.
Figure 6 is a view showing a cross section of the organic material heating unit provided in the thermal hydrolysis device of FIG.
7 is a perspective view showing a rotating shaft and a blade provided in the organic heating unit of FIG.
8 is a block diagram showing the configuration of a second embodiment of a bioorganic treatment system according to the present invention.
9 is a block diagram showing the configuration of a third embodiment of a bioorganic treatment system according to the present invention.
10 is a block diagram showing the configuration of the fourth embodiment of the bioorganic material treatment system according to the present invention.
11 is a block diagram showing the configuration of the fifth embodiment of the bioorganic material treatment system according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 바이오 유기물 처리 시스템 및 이를 이용한 하수처리방법에 대한 실시 예들을 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described embodiments of the bio organic material treatment system and the sewage treatment method using the same according to the present invention.

물 분자는 산소 원자 1개와 수소 원자 2개가 결합하여 형성되는데, 수소 원자 2개의 결합 각도가 180°가 아닌 104.5°의 비대칭 구조를 이루고 있다. 결과적으로, 전하분포가 다른 극성 입자가 되어 산소 원자와 인근 분자와 수소원자가 전기적으로 결합하는 수소결합을 한다.The water molecule is formed by combining one oxygen atom and two hydrogen atoms, and the bonding angle of the two hydrogen atoms is 104.5 ° instead of 180 °. As a result, the charge distribution becomes another polar particle, and the hydrogen bond is electrically connected between the oxygen atom, the neighboring molecule, and the hydrogen atom.

물은 수소원자의 전자가 회전하면서 전하분포가 변하고, 이로 인하여 전기적 결합강도가 변하여 수소결합하는 분자간의 연결이 변경되는데 이 과정에서 일부는 분자내의 연결고리가 절단되어 수소이온과 수산이온이 발생하게 된다.In water, the charge distribution changes as the electrons of the hydrogen atoms rotate, resulting in a change in the electrical bond strength, which changes the linkage between the hydrogen-bonding molecules. In this process, some of the linkages in the molecule are broken to generate hydrogen ions and hydroxyl ions. do.

결과적으로, 모든 물에는 물 분자 중의 일부가 수소이온(H)과 수산이온(OH)으로 분해되어 존재한다. 상기 수소이온(H)과 수산이온(OH)의 농도는 온도와 압력에 따라 일정한데, 상기 이온들의 몰농도를 곱한 값을 물의 이온화 상수 Kw = [H][OH]라고 하며 편의상, 이온화 상수 로그값을 사용하여, 도 1과 같은 그래프를 나타내거나 표 1과 같이 온도별 이온화 상수의 마이너스 로그값으로 나타내기도 한다.As a result, all water contains some of the water molecules decomposed into hydrogen ions (H) and hydroxyl ions (OH). The concentration of hydrogen ions (H) and hydroxyl ions (OH) is constant according to temperature and pressure, and the product of the molar concentration of the ions is called the ionization constant Kw = [H] [OH] of water. Using the value, it is also shown as a graph as shown in Figure 1 or as a negative log value of the ionization constant for each temperature as shown in Table 1.

온도(℃)Temperature (℃) 00 2525 5050 7575 100100 150150 200200 250250 300300 -lg(Kw)-lg (Kw) 14.9514.95 13.9913.99 13.2613.26 12.7012.70 12.2512.25 11.6411.64 11.3111.31 11.2011.20 11.3411.34

물의 이온화 상수는 온도와 압력에 따라서 변하는 평형 상수로서, 100℃ 이하에서는 1기압이 작용하고 100℃ 이상에서는 증기압이 작용하는 압력 조건에서 물의 이온화 상수는 상온(25℃)에서 1.02 ×10-14(mol/L)2이지만 온도의 상승에 따라 급격하게 상승하여 200℃온도에서는 4.90 ×10-12(mol/L)2 으로 상온보다 478배, 250℃온도에서는 6.31 ×10-12(mol/L)2 으로 상온보다 616배, 300℃온도에서는 4.57 ×10-12(mol/L)2 으로 상온보다 446배 증가하며 250℃~300℃에서 최대치에 도달하고 350℃을 초과하면 급격하게 감소한다. The ionization constant of water is an equilibrium constant that changes with temperature and pressure.The ionization constant of water is 1.02 × 10 -14 at room temperature (25 ℃) under the pressure of 1 atm below 100 ℃ and steam pressure above 100 ℃. mol / L) 2 but rapidly rises with increasing temperature, 4.90 × 10 -12 (mol / L) 2 at 200 ℃, 478 times higher than room temperature, and 6.31 × 10 -12 (mol / L) at 250 ℃ 2 , 616 times higher than room temperature, and 4.57 × 10 -12 (mol / L) 2 increases at 446 times higher than room temperature at 300 ℃. It reaches maximum at 250 ℃ ~ 300 ℃ and decreases rapidly when it exceeds 350 ℃.

상기 이온화 상수의 값은 증기압이 작용하는 조건에서의 수치로 작용하는 압력이 높아지면 물의 수소이온과 수산이온의 농도가 높아지므로 동일한 온도에서는 고압에서 열수분해가 더 잘 일어난다.The value of the ionization constant is more hydrothermally decomposed at high pressure at the same temperature because the concentration of hydrogen ions and hydroxyl ions of the water increases as the pressure acting as a value in the conditions under which the vapor pressure acts.

열수분해는 단백질이나 녹말 같은 고분자 불용성 영양 유기물에 물의 수소이온과 수산이온이 결합하여 고분자 고리를 절단하여 수용성 저분자 아미노산이나 유기산으로 변화시키는 화학 반응이다.Pyrolysis is a chemical reaction that combines hydrogen ions and hydroxyl ions of water to macromolecule-insoluble nutrient organics such as proteins or starch, thereby cutting the polymer rings and converting them into water-soluble low-molecular amino acids or organic acids.

상온에서는 수소이온과 수산이온의 농도가 낮지만 효소의 촉매작용으로 단백질의 열수분해가 천천히 이루어지는데 대표적인 촉매가 소화효소이다. 그런데 이 수소이온과 수산이온의 농도가 높아져 이온화 상수가 3.0 × 10-12(mol/L)2 이상이 되면 촉매없이 단백질 열수분해가 빠르게 일어나는데 이때 이온화 상수의 마이너스 로그 값은 11.52가 된다.At room temperature, the concentrations of hydrogen ions and hydroxy ions are low, but the hydrolysis of proteins is slow due to enzyme catalysis. A representative catalyst is digestive enzyme. However, when the concentration of hydrogen ions and hydroxy ions increases and the ionization constant becomes higher than 3.0 × 10 -12 (mol / L) 2 , protein hydrolysis occurs rapidly without a catalyst. At this time, the negative logarithm of the ionization constant becomes 11.52.

바이오 유기물을 증기압 이상의 압력을 작용시켜 온도를 180℃ ~ 250℃로 가열하면 바이오 유기물이 가진 물의 이온 농도가 이온화 상수가 3.0 × 10-12(mol/L)2 이상이 되어 바이오 유기물의 세포막 단백질이 촉매 없이 열수분해된다.When the temperature of bio-organic substance is heated to 180 ℃ ~ 250 ℃ by applying pressure above vapor pressure, the ion concentration of water of bio-organic substance becomes ionization constant of 3.0 × 10 -12 (mol / L) 2 or more, Thermal hydrolysis without catalyst

또한, 물의 온도와 압력이 75℃ 5000기압, 100℃ 2600기압, 150℃ 250기압에서도 이온화 상수가 3.0 × 10-12(mol/L)2 이상으로 형성되며 이 상태에서도 마찬가지로 촉매의 도움이 없어도 단백질 열수분해가 이루어진다. In addition, the ionization constant is formed to be 3.0 × 10 -12 (mol / L) 2 or more even at water temperature and pressure of 75 5000, 100 ℃ 2600 and 150 250. Thermal hydrolysis takes place.

상기 바이오 유기물의 단백질 열수분해 조건은 온도에만 의존하지 않으며 압력에 따라서도 변화하여 이온 농도와 직접적인 상관관계를 가지므로 촉매가 없이 이루어지는 상기 단백질 열수분해 조건을 이온 농도나 이온화 상수로 특화하면 바이오 유기물의 열수분해를 정확하게 관리할 수 있다.The protein hydrolysis condition of the bio organic matter does not depend only on the temperature but also varies depending on the pressure and thus has a direct correlation with the ion concentration. The hydrolysis can be managed accurately.

여기서 바이오 유기물은 세포로 이루어진 유기물로 각종 농산물, 임산물 ,해조류, 광합성, 조류 등 식물성 유기물과, 상기 식물성 유기물을 먹고 자라는 박테리아, 미생물, 축산물, 수산물 등 동물성 유기물과, 상기 식물성 유기물 및 동물성 유기물을 원료로 만들어진 음식물, 가공 식품 그리고 이러한 가공과정에서 발생하는 폐기물 및 분뇨나 하수 슬러지 등을 모두 포함한다.Here, the bio organic material is an organic material composed of cells, and raw materials of various organic products, forest products, seaweeds, photosynthesis, algae, animal organic materials such as bacteria, microorganisms, livestock products, and aquatic products that grow and eat the vegetable organic materials, and the organic and animal organic materials. This includes all foods made from food, processed foods, and waste from these processes, as well as manure and sewage sludge.

이러한 바이오 유기물은 세포로 이루어져 세포액이 세포막의 보호를 받아 탈수되지 않는다. 바이오 유기물의 세포막(10)은 인지질 이중막과 단백질의 세포막 출입구(11)로 이루어져 있으며 도 2는 전자현미경으로 관찰한 바이오 유기물의 세포막 구조도이다.These bioorganisms are composed of cells and the cell fluid is protected by the cell membrane and is not dehydrated. The cell membrane 10 of the bioorganism is composed of a phospholipid bilayer and a protein membrane entrance 11 of a protein. FIG. 2 is a cell membrane structure diagram of the bioorganism observed by an electron microscope.

바이오 유기물의 세포액에 들어있는 물의 수소이온과 수산이온의 농도가 이온화 상수 3.0 × 10-12(mol/L)2 이상이 되면 단백질로 이루어진 상기 세포막 출입구(11)는 촉매없이 빠르게 열수분해되어 수용성 저분자 유기물로 변한다.When the concentration of hydrogen ions and hydroxy ions in the water of the bio-organic cell fluid becomes more than the ionization constant of 3.0 × 10 -12 (mol / L) 2 , the cell membrane entrance (11) made of protein is thermally hydrolyzed without a catalyst so that the water-soluble low molecules Turn into organics

즉, 수소 이온(H+)과 수산 이온(OH-)이 단백질의 공유결합의 고리를 절단하는 열수분해가 발생하여 상기 단백질이 아미노산 같은 수용성 저분자 유기물로 분해되고, 분해된 수용성 저분자 유기물은 세포액에 모두 녹아 바이오 유기물의 세포막에 많은 구멍이 만들어져 세포액이 세포막에서 벗어나 자유롭게 이동하게 되어 유동성이 높은 열수분해 유기물로 변한다.That is, the hydrolysis of hydrogen ions (H +) and hydroxyl ions (OH-) cleaves the covalent bond of the protein, so that the protein is decomposed into water-soluble low-molecular organic substances such as amino acids. Many holes are formed in the cell membrane of the bio-organic material that melts, and the cell fluid freely moves away from the cell membrane, thereby transforming into a highly hydrothermal organic compound.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 바이오 유기물 처리 시스템은 바이오 유기물의 세포막 단백질을 열수분해하여 열수분해 유기물로 변환시키는 열수분해장치(200) 및 상기 열수분해 유기물을 물리적, 화학적, 생물학적 방법 중 하나의 방법으로 처리하기 위한 바이오 에너지 회수장치를 포함한다.Referring to FIG. 3, the bio-organic material processing system according to the present invention includes one of a thermal hydrolysis apparatus 200 for converting a cell membrane protein of a bio-organic material into thermal hydrolysis organic material and a physical, chemical, and biological method. Bio-energy recovery device for treatment by the method of.

상기 열수분해장치(200)는 고분자 불용성 단백질로 이루어진 출입구를 포함한 세포막으로 세포액을 가두는 세포로 이루어진 바이오 유기물에 들어있는 물의 수소 이온과 수산이온의 농도를 이온화 상수가 3.0 × 10-12(mol/L)2 이상이 되는 농도로 만들어 상기 수소이온과 상기 수산이온이 상기 출입구를 저분자 수용성 유기물로 열수분해하게 된다.The thermal hydrolysis device 200 has a ionization constant of 3.0 × 10 -12 (mol /) of a concentration of hydrogen ions and hydroxide ions in water contained in a bio-organic material consisting of cells confining cell fluids to a cell membrane including an entrance and exit of a polymer insoluble protein. L) The hydrogen ions and the hydroxyl ions are thermally decomposed into the low molecular water-soluble organic material by making the concentration to be 2 or more.

물의 이온화 상수는 온도와 압력에 따라 변화하는데 고온에서도 물이 액체 상태를 유지하도록 증기압을 작용시켜 180℃ ~ 250℃를 유지하면 이온화 상수가 3.0 × 10-12(mol/L)2에 도달하여 열수분해에 필요한 수소이온과 수산이온의 농도가 확보된다.The ionization constant of water varies with temperature and pressure, and the temperature of the ionization constant reaches 3.0 × 10 -12 (mol / L) 2 when the steam pressure is maintained to maintain the liquid state even at high temperatures and maintains 180 ℃ to 250 ℃. The concentrations of hydrogen and hydroxide ions required for decomposition are ensured.

이때, 상기 열수분해장치(200)는 상기 바이오 유기물이 열수분해되는 높은 수소이온과 수산이온 상태에서 상기 바이오 유기물의 세포액에 함유된 염분의 염소이온에 대한 내식성을 확보할 수 있는 티타늄(Titanium) 재질로 제작될 수 있다.At this time, the thermal hydrolysis device 200 is a titanium material that can ensure the corrosion resistance to the chloride chlorine of the salt contained in the cell solution of the bio-organic material in the state of high hydrogen ions and hydroxyl ions in which the bio-organic material is hydrolyzed It can be produced as.

티타늄은 여러 가지 부식 환경 중에서 안정한 이산화 티타늄(Ti02) 보호 피막을 형성하며, 특히 해수, 염소 이온이 함유된 용액 등에서 내식성이 좋다. 표 2는 해수 중에서 여러 가지 금속재료의 부식성을 나타내는 것으로 상기 티타늄이 해수에서 좋은 보호 피막을 형성하여 내식성이 높음을 보여주고 있다.Titanium forms a titanium dioxide (Ti0 2 ) protective film that is stable in various corrosive environments, and particularly has good corrosion resistance in seawater and a solution containing chlorine ions. Table 2 shows the corrosiveness of various metal materials in seawater and shows that the titanium forms a good protective film in seawater and has high corrosion resistance.

해수 중에서 여러 가지 금속의 부식속도Corrosion Rate of Various Metals in Seawater 해수의 유속 Seawater flow rate 1 ft/sec.1 ft / sec. 4 ft/sec.4 ft / sec. 27 ft/sec.27 ft / sec. Carbon steelCarbon steel 3434 7272 254254 Cast ironCast iron 4545 -- 270270 Silicon BronzeSilicon bronze 1One 22 343343 Admiralty BrassAdmiralty Brass 22 2020 170170 Hydraulic BronzeHydraulic bronze 44 1One 339339 G bronzeG bronze 77 22 280280 Al-bronze(10%al)Al-bronze (10% al) 55 -- 236236 Aluminum BrassAluminum brass 22 -- 105105 90-10Cu Ni(0.8%Fe)90-10Cu Ni (0.8% Fe) 55 -- 9999 70-30Cu Ni(0.05%Fe)70-30Cu Ni (0.05% Fe) 22 -- 199199 70-30Cu Ni(0.5%Fe)70-30Cu Ni (0.5% Fe) <1<1 <1<1 3939 MonelMonel <1<1 <1<1 44 316 SS316 SS 1One 00 <1<1 Hastealloy CHastealloy C <1<1 -- 33 TitaniumTitanium 00 -- 00

(단위:1일간 0.01 평방미터에서 부식되는 밀리그램)(Unit: milligrams corroded in 0.01 m2 for 1 day)

예를 들면, 카본스틸(Carbon steel)의 경우는 해수의 유속이 34ft/sec 일때 0.01평방미터에서 1일간 부식되는 양은 34밀리그램이지만, 티타늄은 부식되지 않는다.Carbon steel, for example, has 34 milligrams of corrosion per day at 0.01 square meters when the seawater flow rate is 34 ft / sec, but titanium does not corrode.

상기 열수분해 유기물은 검정색 액체로 악취가 나지 않고 유동성도 매우 좋다. 그러나, 상기 열수분해 유기물은 다량의 유기물, 질소, 인 등을 함유하고 있기 때문에 상기 열수분해 유기물이 그대로 하천에 방류되면 심각한 수질 오염을 일으키게 되므로 이를 처리하여 깨끗한 물로 만들어 방류하여야 한다.The thermal hydrolyzate is a black liquid that does not smell bad and has very good fluidity. However, since the thermal hydrolysis organic material contains a large amount of organic material, nitrogen, phosphorus, etc., when the thermal hydrolysis organic material is discharged into the river as it is, serious water pollution is generated, so it must be treated and discharged into clean water.

현재 공공 하수처리 시설의 방류수 허용 기준은 화학적 산소요구량(COD:Chemical Oxygen Demand) 40ppm, 부유물질(SS:Suspended Solids) 10ppm, 총질소(T-N:Total Nitrogen) 10ppm, 총인(T-P:Total Phosphorus) 2ppm 수준이다. 표 3에는 바이오 유기물인 하수 슬러지를 열수분해하고 고액분리한 액상 유기물을 성분 분석한 결과표로 방류수 기준과 비교하면 질소, 인과 오염물질의 농도가 얼마나 높은가를 알 수 있다. Effluent acceptance criteria for public sewage treatment plants are 40 ppm of chemical oxygen demand (COD), 10 ppm of suspended solids (SS), 10 ppm of total nitrogen (TN), and 2 ppm of total phosphorus (TP). Level. Table 3 shows the results of the component analysis of the liquid organic material hydrothermally decomposed and solid-liquid separated sewage sludge, which is a bio organic material, and shows how high concentrations of nitrogen, phosphorus and pollutants are compared to the effluent standard.

열수분해 유기물의 물리적/화학적 특징Physical and Chemical Properties of Pyrolysis Organics 항목Item 범위 range 평균Average pHpH 4.85 5.164.85 5.16 4.974.97 Alkalinity (mg/L as CaCO3)Alkalinity (mg / L as CaCO3) 1,572 - 1,7861,572-1,786 1,6791,679 TCOD (mg/L)TCOD (mg / L) 66,600 - 75,06666,600-75,066 68,06768,067 SCOD (mg/L)SCOD (mg / L) 41,400 - 47,80041,400-47,800 44,60044,600 TSS (mg/L)TSS (mg / L) 27,980 ~ 28,240 27,980-28,240 28,12028,120 VSS (mg/L)VSS (mg / L) 19,060 - 19,16019,060-19,160 19,08019,080 T-N (mg/L)T-N (mg / L) 6,041 - 6,1286,041-6,128 6,0856,085 NH3-N (mg/L)NH3-N (mg / L) 2,488 - 2,9862,488-2,986 2,4902,490 NO3-N (mg/L)NO3-N (mg / L) 74 - 8274-82 8282 T-P (mg/L)T-P (mg / L) 1,173 - 14541,173-1454 1,2141,214 PO4-P (mg/L)PO4-P (mg / L) 7722 - 11957722-1195 913913 휘발성지방산 (mg/L as C2)Volatile Fatty Acids (mg / L as C2) 960 - 1832960-1832 14711471

여기서, TSS는 총부유물질(Total Suspended Solids)을 의미하고, VSS는 휘발성부유물(Volatile Suspended Solids)을 의미하며, TCOD는 Total Chemical Oxygen Demand 이고, SCOD는 용해성의 화학적 산소요구량(Soluble Chemical Oxygen Demand)을 의미하며, PO4-P는 인산인염을 의미하고, NH3-N은 암모니아성 질소를 의미하고, NO3-N는 질산성 질소를 의미한다.Here, TSS means Total Suspended Solids, VSS means Volatile Suspended Solids, TCOD is Total Chemical Oxygen Demand, and SCOD is Soluble Chemical Oxygen Demand. PO4-P means phosphate, NH3-N means ammonia nitrogen, and NO3-N means nitrate nitrogen.

한편, 상기 에너지 회수장치는 상기 저분자 수용성 유기물이 상기 세포액에 녹아서 형성된 세포막 구멍을 통하여 상기 세포액이 상기 세포막의 외부로 자유롭게 이동되는 열수분해 유기물을 물리적, 화학적, 생물학적 방법 중 하나 이상의 방법으로 처리하여 물과 유기물을 분리하게 된다.On the other hand, the energy recovery device is treated by one or more of physical, chemical and biological methods of the thermal hydrolysis organic material in which the cell fluid is freely moved to the outside of the cell membrane through a cell membrane hole formed by melting the low molecular water-soluble organic material in the cell fluid. And organics are separated.

상기 물리적 방법으로는 비중의 차이를 이용한 침전, 입도의 차이를 이용한 막분리, 열전달을 통한 증발 등이 사용될 수 있다.As the physical method, precipitation using a difference in specific gravity, membrane separation using a difference in particle size, and evaporation through heat transfer may be used.

상기 화학적 방법으로는 화학약품을 투입하여 입자의 전기적 특성을 변화시키는 응집 반응, 반응물질을 투입하여 질소와 인을 화학적으로 결합하여 결정을 만드는 화학반응 등이 사용될 수 있다.As the chemical method, an agglomeration reaction for changing the electrical properties of particles by adding a chemical, a chemical reaction for chemically combining nitrogen and phosphorus by adding a reactant, and the like may be used.

상기 생물학적 방법으로는 미생물을 이용하여 유기물을 먹어 치우거나 분해하도록 만드는 방법이 사용될 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 미생물을 이용하여 추가적으로 질소나 인을 제거하는 생물 반응조가 구성될 수도 있다. The biological method may be a method of eating or decomposing organic matter using microorganisms. In addition, a bioreactor may further be configured to remove nitrogen or phosphorus using the microorganism.

구체적으로, 상기 바이오 에너지 회수장치는 상기 열수분해 유기물을 액상유기물과 고형유기물로 분리하는 고액분리기(300)를 포함할 수 있다. 상기 바이오 유기물은 이온화 상수가 3 × 10-12 (mol/L)2 이상에서 세포막의 출입구를 이루는 단백질은 열수분해되어 수용액에 포함되지만 세포막을 이루는 인지질은 열수분해되지 않아 고형분으로 남아 고액분리를 통하여 쉽게 분리하여 바이오 에너지를 회수할 수 있다.Specifically, the bioenergy recovery device may include a solid-liquid separator 300 for separating the thermal hydrolysis organic matter into a liquid organic matter and a solid organic matter. The bio organic material has a protein ionization constant of 3 × 10 -12 (mol / L) 2 or more, and the protein forming the entrance to the cell membrane is thermally decomposed into the aqueous solution, but the phospholipids forming the cell membrane remain solid because they are not hydrolyzed. It can be easily separated to recover bioenergy.

또한, 상기 바이오 에너지 회수장치는 바이오 가스를 생성하기 위하여 혐기성 미생물을 이용하여 상기 열수분해 유기물을 혐기소화시키기 위한 혐기소화조(400)를 포함할 수 있다. 상기 혐기소화조(400)는 산소를 싫어하는 혐기성 미생물로 상기 바이오 유기물을 분해하여 메탄가스 같은 바이오 가스로 분해하는 장치에 해당한다.In addition, the bioenergy recovery device may include an anaerobic digestion tank 400 for anaerobic digestion of the thermal hydrolysis organic material using anaerobic microorganisms to generate biogas. The anaerobic digestion tank 400 corresponds to an apparatus for decomposing the bio organic matter into biogas such as methane gas by anaerobic microorganisms that do not like oxygen.

일반적으로 음식물 쓰레기나 축산분뇨 및 하수 슬러지 등의 바이오 유기물을 혐기소화하는 과정은 37℃ 전후의 중온 소화와 55℃ 전후의 고온 소화로 이루어지는데 각각의 소화는 크게 열수분해(hydrolysis), 산 생성(acidogenesis), 그리고 메탄 생성(methanogenesis)의 3단계 반응으로 진행되며, 20일에서 60일 정도의 시간이 소요된다. In general, anaerobic digestion of bio organic materials such as food waste, livestock manure, and sewage sludge consists of medium-temperature digestion at around 37 ° C and high-temperature digestion at around 55 ° C. acidogenesis, and methanogenesis, a three-step reaction that takes between 20 and 60 days.

혐기 소화조의 열수분해는 수소이온과 수산이온의 농도가 낮아도 미생물이 방출하는 단백질 효소의 촉매 작용에 의하여 열수분해 반응이 이루어진다.In the anaerobic digester, hydrolysis is carried out by catalysis of protein enzymes released by microorganisms even at low concentrations of hydrogen ions and hydroxyl ions.

그런데 여기에서는 바이오 유기물을 이온화 상수가 3 × 10-12 (mol/L)2 이상의 조건에서 상기 바이오 유기물의 열수분해가 100% 완료된 상태이기 때문에 혐기소화에서 가장 많은 시간이 소요되는 열수분해를 생략할 수 있어서 혐기소화의 시간을 절반으로 단축하게 된다.However, in this case, since the hydrothermal decomposition of the bioorganic material is 100% completed under the conditions of ionization constant of 3 × 10 -12 (mol / L) 2 or more, the hydrothermal decomposition which takes the most time in anaerobic digestion is omitted. This can cut the time of anaerobic digestion in half.

또한, 상기 바이오 에너지 회수장치는 상기 열수분해 유기물에 반응물질을 공급하여 상기 열수분해 유기물에 존재하는 질소와 인을 화학결합으로 제거하기 위한 화학 반응조를 더 포함할 수 있다. 상기 화학 반응조는 상기 질소와 인을 함유하는 엠에이피(MAP: Magnesium Ammonium Phosphate)를 형성하기 위한 엠에이피(MAP) 반응조(500)로 구비될 수 있다.The bioenergy recovery device may further include a chemical reaction tank for supplying a reactant to the thermal hydrolysis organic material to remove nitrogen and phosphorus present in the thermal hydrolysis organic material by chemical bonding. The chemical reaction tank may be provided as an MAP reactor 500 for forming Magnesium Ammonium Phosphate (MAP) containing nitrogen and phosphorus.

이하에서는, 상기 바이오 에너지 회수장치가 상기 고액분리기(300), 혐기소화조(400), 엠에피(MAP) 반응조(500)를 포함하는 경우에 열수분해 유기물의 이동과정을 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, when the bioenergy recovery apparatus includes the solid-liquid separator 300, the anaerobic digestion tank 400, and the MAP reaction tank 500, the transfer process of the thermal hydrolysis organic material will be described below.

먼저, 바이오 유기물이 슬러지 저류조(100)를 경유하여 상기 열수분해장치(200)로 유입되면, 상기 바이오 유기물은 열수분해 유기물로 변환된다.First, when the bio organic material is introduced into the thermal hydrolysis device 200 via the sludge storage tank 100, the bio organic material is converted into a thermal hydrolysis organic material.

이후에, 상기 열수분해 유기물은 상기 고액분리기(300)를 경유하면서 고형유기물과 액상유기물로 분리된다. 상기 고형유기물은 고형유기물호퍼(310)로 이동된 후 바이오 석탄을 만드는데 사용되고, 상기 액상유기물은 상기 혐기소화조(400)로 유입된다. Thereafter, the thermal hydrolysis organic material is separated into a solid organic matter and a liquid organic matter via the solid-liquid separator 300. The solid organic matter is used to make bio coal after being moved to the solid organic hopper 310, the liquid organic matter is introduced into the anaerobic digestion tank (400).

상기 혐기소화조(400)로 유입된 액상유기물은 혐기소화를 거치면서 가스탱크(410)를 통하여 바이오 가스를 방출하게 된다. 또한, 상기 혐기소화를 거친 소화 폐액은 분리조(700)로 이동된 후 미생물에 의하여 정화된다. 오염물질을 먹으며 증식된 미생물은 상기 분리조(700)에 침전되어 분리되고, 깨끗한 물은 하천으로 방류된다.The liquid organic matter introduced into the anaerobic digestion tank 400 is discharged biogas through the gas tank 410 while undergoing anaerobic digestion. In addition, the digestive waste liquid undergoing anaerobic digestion is purified by microorganisms after being transferred to the separation tank 700. Microorganisms propagated while eating contaminants are precipitated and separated in the separation tank 700, and clean water is discharged to the stream.

상기 혐기소화조(400)를 경유한 상기 액상유기물은 상기 엠에이피(MAP) 반응조(500)로 유입된다. 상기 액상유기물에는 암모니아성 질소 성분과 인산 성분이 다량으로 함유되어 있기 때문에 상기 엠에이피(MAP) 반응조(500) 내부에 반응물질, 예를 들어 마그네슘 이온을 투입하게 되면, 인산이온, 암모늄이온 및 마그네슘 이온이 1몰씩 반응하여 엠에이피(MAP)를 생성하고, 알칼리 영역에서는 엠에이피(MAP)결정을 형성한다. The liquid organic matter passing through the anaerobic digestion tank 400 is introduced into the MAP reaction tank 500. Since the liquid organic substance contains a large amount of ammonia nitrogen component and phosphoric acid component, when a reactant such as magnesium ions is introduced into the MAP reactor 500, phosphate ions, ammonium ions and magnesium The ions react one by one to form MAP, and in the alkali region, MAP crystals are formed.

물론, 상기 엠에이피(MAP) 반응조(500)는 별도로 구비되지 않고, 엠에이피(MAP)를 생성하기 위한 공정이 상기 혐기소화조(400) 내에서 수행될 수 있다. 고액분리기(300) 이전에 상기 엠에이피(MAP) 반응조(500)를 설치하여 상기 엠에이피(MAP) 결정을 상기 고액분리 과정에서 제거할 수도 있다.Of course, the MAP reactor 500 is not provided separately, and a process for generating an MAP may be performed in the anaerobic digestion tank 400. The MAP reaction tank 500 may be installed before the solid-liquid separator 300 to remove the MAP crystals in the solid-liquid separation process.

한편, 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 않고, 상기 바이오 에너지 회수장치는 상기 열수분해 유기물에 잔존하는 질소를 제거하기 위하여 구비되는 탈질조(600)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the bioenergy recovery device may further include a denitrification tank 600 provided to remove nitrogen remaining in the thermal hydrolysis organic material.

상기 탈질조(600)에서는 탈질소 박테리아가 탄소를 에너지원으로하여 질소 성분 오염물질인 질산이온이나 아질산 이온을 분해하여 무해한 질소가스로 전환시키게 된다. In the denitrification tank 600, denitrification bacteria decomposes nitrate ions or nitrite ions, which are nitrogen-containing contaminants, using carbon as an energy source, and converts them into harmless nitrogen gas.

본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 않고, 상기 바이오 유기물 처리 시스템은 상기 열수분해장치(200)의 일측에 설치되어, 상기 열수분해장치(200)에서 일어나는 반응을 촉진하기 위한 촉매를 투입하는 촉매투입유닛(미도시)을 더 포함할 수 있다.The present invention is not limited to the above-described embodiment, the bio-organic material processing system is installed on one side of the thermal hydrolysis device 200, a catalyst for introducing a catalyst for promoting the reaction occurring in the thermal hydrolysis device 200 It may further include an input unit (not shown).

상기 촉매로는 염산, 암모니아, 알칼리금속 수산화물, 알칼리토금속 수산화물, 옥살 아세트산, 시트르산, 숙신산, 푸마르산 및 피부르산 등의 유기산, 금속염 등이 사용될 수 있다. As the catalyst, organic acids such as hydrochloric acid, ammonia, alkali metal hydroxides, alkaline earth metal hydroxides, oxal acetic acid, citric acid, succinic acid, fumaric acid and matric acid, and metal salts may be used.

도 4 내지 도 7을 참조하여, 본 발명에 따른 열수분해장치를 설명한다.4 to 7, the thermal hydrolysis apparatus according to the present invention will be described.

바이오 유기물의 이온화 상수를 3 × 10-12 (mol/L)2 이상으로 되도록 상기 바이오 유기물의 온도를 180℃ ~ 250℃로 가열하면 상기 바이오 유기물의 세포막 중의 출입구를 이루는 단백질이 열수분해되는데 이때 상기 가열온도에 대응되는 증기압 이상의 압력이 작용되어 물이 액체를 유지한다. 상기 가열온도가 250℃~300℃ 구간에서도 열수분해에 필요한 이온 농도를 확보하지만 가열에너지가 많이 필요한데 비하여 효과는 동일하여 경제성이 없기 때문에 본 발명에 따른 열수분해를 위한 가열온도로는 180℃ ~ 250℃가 바람직하다.When the temperature of the bio organic material is heated to 180 ° C. to 250 ° C. such that the ionization constant of the bio organic material is 3 × 10 −12 (mol / L) 2 or more, the protein forming the entrance and exit of the cell membrane of the bio organic material is hydrolyzed. Pressure above the vapor pressure corresponding to the heating temperature is applied to maintain the liquid in the water. In the heating temperature range of 250 ℃ ~ 300 ℃ to secure the ion concentration required for thermal hydrolysis, but the heating energy is required a lot compared to the heating effect is the same as the heating temperature for the thermal hydrolysis according to the present invention is 180 ℃ ~ 250 ℃ is preferred.

본 실시 예에 따른 열수분해장치(200)는 바이오 유기물의 세포막의 출입구 단백질을 연속적으로 열수분해하여 바이오유기물을 열수분해 유기물로 변환시키는 장치이다.The thermal hydrolysis apparatus 200 according to the present embodiment is a device for converting bioorganic matter into thermal hydrolysis organic material by thermally decomposing the entrance protein of the cell membrane of the bio organic material.

상기 열수분해장치(200)는 보일러 유닛(240), 유기물 가열유닛(210), 유기물 열교환유닛(250), 밀폐유닛(220), 유기물 주입유닛(260), 배출유닛(270)을 포함하여 구성된다.The thermal hydrolysis device 200 includes a boiler unit 240, an organic material heating unit 210, an organic material heat exchange unit 250, a sealed unit 220, an organic material injection unit 260, and a discharge unit 270. do.

상기 보일러 유닛(240)은 보일러 본체(241)와, 상기 보일러 본체(241)에서 발생하는 수증기를 상기 유기물 가열유닛(210)으로 공급하기 위한 수증기 공급관(243)을 포함한다.The boiler unit 240 includes a boiler body 241 and a steam supply pipe 243 for supplying steam generated in the boiler body 241 to the organic material heating unit 210.

또한, 상기 유기물 가열유닛(210)은 상기 수증기 공급관(243)으로부터 공급되는 수증기를 사용하여 바이오 유기물을 180 ℃~ 250℃로 가열하여 바이오 유기물의 이온화 상수가 3 × 10-12 (mol/L)2 이상이 되도록 만든다.In addition, the organic material heating unit 210 by heating the bio organic material to 180 ℃ ~ 250 ℃ using water vapor supplied from the steam supply pipe (243) 3 × 10 -12 (mol / L) Make it 2 or more.

상기 유기물 가열유닛(210)은 상기 바이오 유기물이 채워지는 유기물 공간과 상기 바이오 유기물의 상부에서 상기 바이오 유기물과 접촉되도록 상기 수증기가 채워지는 수증기 공간을 형성하는 가열용기(211)와, 상기 수증기 공간과 상기 유기물 공간을 교대로 왕복회전하면서 상기 수증기와 상기 바이오 유기물을 교반시키는 교반기와, 상기 열수분해 유기물이 배출되는 배출용기(217)를 포함한다.The organic material heating unit 210 may include a heating container 211 forming an organic space in which the bio organic material is filled and a steam space in which the steam is filled so as to contact the bio organic material at an upper portion of the bio organic material, and the steam space; A stirrer for stirring the water vapor and the bio organic material while reciprocating the organic material space alternately, and a discharge container 217 through which the thermal hydrolysis organic material is discharged.

구체적으로, 상기 교반기가 상기 수증기 공간과 유기물 공간을 왕복하면서 상기 수증기와 상기 바이오 유기물을 서로 혼합시키게 되면 상기 수증기와 상기 바이오 유기물의 접촉이 촉진되어 상기 바이오 유기물이 계속적으로 고속 가열된다.Specifically, when the stirrer mixes the water vapor and the bio organic material with each other while reciprocating the water vapor space and the organic space, the contact of the water vapor and the bio organic material is promoted, and the bio organic material is continuously heated at a high speed.

상기 수증기 공간을 통하여 다량의 수증기가 신속하게 연속적으로 공급되고, 증기 혼합 가열은 가열 속도가 빠르기 때문에 상기 가열용기(211)에 주입된 바이오 유기물이 가열구간을 이동하는 시간 동안 열수분해에 필요한 온도로 빠르게 가열될 수 있게 된다.A large amount of water vapor is continuously supplied through the steam space rapidly, and the steam mixing heating is fast, so that the bio organic material injected into the heating vessel 211 is required to undergo hydrothermal decomposition during the time of moving the heating section. It can be heated quickly.

상기 교반기는 상기 가열용기(211)를 관통하여 설치되는 회전축(213)과, 상기 회전축(213)에 결합된 원통형 블레이드(215)를 포함한다.The stirrer includes a rotating shaft 213 installed through the heating vessel 211 and a cylindrical blade 215 coupled to the rotating shaft 213.

상기 배출용기(217)는 상기 가열용기(211)의 일측단에서 상기 가열용기(211)와 연통되도록 설치된다. 상기 가열용기(211)와 상기 배출용기(217) 사이에는 격벽(219)이 형성되어 있다. 상기 열수분해 유기물은 상기 격벽(219) 위로 넘쳐서 상기 가열용기(211)에서 상기 배출용기(217)로 이동하게 되므로 상기 격벽(219)에 의하여 자연스럽게 상기 유기물 공간과 수증기 공간이 형성된다.The discharge vessel 217 is installed to communicate with the heating vessel 211 at one end of the heating vessel 211. A partition 219 is formed between the heating vessel 211 and the discharge vessel 217. Since the thermal hydrolysis organic material overflows over the partition wall 219 and moves from the heating container 211 to the discharge container 217, the organic material space and the water vapor space are naturally formed by the partition wall 219.

또한, 상기 배출용기(217)에서 배출된 열수분해 유기물은 상기 유기물 열교환유닛(250)을 경유하면서 냉각되고, 상기 배출유닛(270)을 통하여 외부로 배출된다.In addition, the thermal hydrolysis organic material discharged from the discharge container 217 is cooled while passing through the organic material heat exchange unit 250, and is discharged to the outside through the discharge unit 270.

한편, 상기 유기물 열교환유닛(250)은 상기 유기물 가열유닛(210)에서 배출되는 고온의 열수분해 유기물과 외부에서 공급되는 열수분해될 저온의 유기물을 열교환시키게 된다.On the other hand, the organic material heat exchange unit 250 heat-exchanges the high-temperature thermal hydrolysis organic material discharged from the organic material heating unit 210 and the low-temperature organic material to be hydrothermally supplied from the outside.

도 8을 참조하여, 본 발명에 따른 바이오 유기물 처리 시스템의 제2 실시 예를 설명한다. 본 실시 예를 구성하는 구성들 중 상술한 제1 실시 예와 동일한 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. Referring to FIG. 8, a second embodiment of the bioorganic material treatment system according to the present invention will be described. Detailed description of the same configuration as the above-described first embodiment among the components constituting the present embodiment will be omitted.

본 실시 예는 상술한 제1 실시 예와 달리, 엠에이피(MAP) 반응조(500)가 열수분해장치(200)의 이후에, 즉 상기 열수분해장치(200)와 고액분리기(300) 사이에 설치되고, 상기 엠에이피(MAP) 반응조(500)를 경유한 액상유기물이 혐기소화조의 소화폐액을 처리하는 탈질조(600)의 탄수화물 공급원으로 유입되는 특징을 가진다. This embodiment is different from the first embodiment described above, the MAP (MAP) reaction tank 500 is installed after the thermal hydrolysis device 200, that is, between the thermal hydrolysis device 200 and the solid-liquid separator 300 The liquid organic matter passing through the MAP reaction tank 500 is introduced into the carbohydrate supply source of the denitrification tank 600 for treating the digestive waste liquid of the anaerobic digestion tank.

따라서, 상기 열수분해장치(200)를 경유한 열수분해 유기물이 상기 엠에이피(MAP) 반응조(500)에서의 화학반응, 즉 마그네슘 이온과 암모니아와 인산이 결합하여 결정을 형성하는 엠에이피 반응에 의하여 상기 열수분해 유기물에서 질소와 인이 제거된 이후에, 상기 고액분리기(300)로 유입된다.Accordingly, the thermal hydrolysis organic material via the thermal hydrolysis apparatus 200 is chemically reacted in the MAP reactor 500, that is, the MAP reaction in which magnesium ions, ammonia and phosphoric acid combine to form crystals. After nitrogen and phosphorus are removed from the thermal hydrolysis organic material, it is introduced into the solid-liquid separator 300.

상기 고액분리기(300)에서 분리된 액상유기물을 포함하여 바이오 가스를 만들기 위한 유기물은 혐기소화조(400)로 유입된다.Organic matter for making biogas, including the liquid organic matter separated from the solid-liquid separator 300 is introduced into the anaerobic digestion tank (400).

상기 혐기소화조(400)를 경유한 액상유기물은 메탄가스가 생성되면서 탄수화물 성분이 제거된 소화 폐액의 상태이므로, 상기 액상유기물에는 질소 성분이 과다한 상태가 되어 있다. 상기 혐기소화조를 경유한 액상유기물에 함유된 질소를 제거하기 위하여 상기 액상유기물은 상기 탈질조(600)로 유입된다.Since the liquid organic matter passing through the anaerobic digestion tank 400 is a state of the digestive waste liquid from which carbohydrate components are removed while methane gas is generated, the liquid organic matter has an excessive nitrogen content. The liquid organic matter is introduced into the denitrification tank 600 in order to remove nitrogen contained in the liquid organic matter passed through the anaerobic digestion tank.

동시에, 상기 고액분리기(300)를 경유한 상기 액상유기물의 일부, 즉 혐기소화조(400)로 유입되지 않는 액상유기물은 상기 탈질조(600)로 유입된다.At the same time, a portion of the liquid organic matter, that is, the liquid organic matter which does not flow into the anaerobic digestion tank 400 via the solid-liquid separator 300, flows into the denitrification tank 600.

결과적으로, 열수분해된 열수분해 유기물로부터 질소와 인이 화학적으로 제거된 액상유기물은 탈질 공정에 필요한 탄수화물 유기물로 사용될 수 있게 된다.As a result, the liquid organic substance which nitrogen and phosphorus are chemically removed from the thermal hydrolyzed organic substance can be used as a carbohydrate organic substance necessary for the denitrification process.

도 9를 참조하여, 본 발명에 따른 바이오 유기물 처리 시스템의 제3 실시 예를 설명한다.Referring to FIG. 9, a third embodiment of the bioorganic material treatment system according to the present invention will be described.

본 실시 예에 따른 바이오 에너지 회수장치는 바이오 석탄을 만들기 위하여 열수분해장치(200)에서 열수분해된 열수분해 유기물을 화학적으로 응집처리하는 응집침전조(800)와, 상기 응집침전조(800)를 경유한 열수분해 유기물을 고형유기물과 액상유기물로 분리하는 고액분리기(300)를 포함한다. 본 실시예에서는 상술한 제2 실시 예에서의 혐기소화조, 엠에이피(MAP) 반응조, 탈질조, 분리조가 생략된다.The bioenergy recovery device according to the present embodiment includes a coagulation sedimentation tank 800 for chemically coagulating the pyrolysis organic material hydrolyzed in the heat hydrolysis device 200 to make bio coal, and the coagulation sedimentation tank 800 via the coagulation sedimentation tank 800. Solid-liquid separator 300 for separating the thermal hydrolysis organic matter into a solid organic matter and a liquid organic matter. In this embodiment, the anaerobic digestion tank, MAP reaction tank, denitrification tank and separation tank in the second embodiment described above are omitted.

결과적으로, 상기 열수분해장치에서 열수분해된 열수분해 유기물은 상기 응집침전조(800)로 유입된다. 상기 응집침전조(800)에서 침전된 침전물은 고액분리기(300)로 유입되고, 상기 응집침전조(800)의 상등수는 하수처리조(10)로 이동된 후 최종적으로는 하천으로 방류된다.As a result, the thermal hydrolysis organic material hydrolyzed by the thermal hydrolysis device is introduced into the coagulation sedimentation tank 800. The precipitate precipitated in the coagulation sedimentation tank 800 is introduced into the solid-liquid separator 300, and the supernatant of the coagulation sedimentation tank 800 is moved to the sewage treatment tank 10 and finally discharged to the stream.

상기 고액분리기(300)에서 분리된 고형유기물은 바이오 석탄으로 사용되고, 액상유기물은 다시 상기 응집침전조(800)로 반송되어 응집 침전이 반복된다.The solid organic matter separated from the solid-liquid separator 300 is used as biocoal, and the liquid organic matter is returned to the coagulation sedimentation tank 800 to repeat coagulation precipitation.

여기서, 상기 열수분해 유기물 내에서는 세포액이 자유롭게 이동하기 때문에 화학적인 반응도 신속하게 이루어지게 되므로, 고분자 응집제를 투여하게 되면 오염물질을 응집 침전시키게 된다.Here, since the cell fluid freely moves within the thermal hydrolysis organic material, a chemical reaction is also quickly performed, and when the polymer flocculant is administered, the pollutant is aggregated and precipitated.

도 10을 참조하여, 본 발명에 따른 바이오 유기물 처리 시스템의 제4 실시 예를 설명한다.Referring to FIG. 10, a fourth embodiment of a bioorganic material treatment system according to the present invention will be described.

본 실시 예에 따른 바이오 유기물 처리 시스템은 상술한 제3 실시 예와 유사한 구성을 가진다. 다만, 상술한 제3 실시 예와 달리, 본 실시 예에 따른 바이오 에너지 회수장치는 바이오 석탄을 만들기 위하여 열수분해장치에서 열수분해된 열수분해 유기물을 고형유기물과 액상유기물로 분리하는 막분리기(900)를 포함한다.The bio organic matter treatment system according to the present embodiment has a configuration similar to that of the third embodiment described above. However, unlike the above-described third embodiment, the bioenergy recovery device according to the present embodiment is a membrane separator 900 for separating the thermal hydrolysis organic material hydrolyzed by the thermal hydrolysis device into a solid organic matter and a liquid organic matter to make biocoal. It includes.

결과적으로, 상기 열수분해장치에서 열수분해된 열수분해 유기물은 상기 막분리기(900)로 유입되어 최종 반류수와 고형유기물로 분리된다. 상기 고형유기물은 바이오 석탄으로 사용되고, 상기 최종 반류수는 하수처리조(10)로 이동된 후 최종적으로는 하천으로 방류된다.As a result, the thermal hydrolysis organic material hydrolyzed in the thermal hydrolysis device is introduced into the membrane separator 900 to be separated into the final reflux water and the solid organic matter. The solid organic matter is used as biocoal, and the final return water is transferred to the sewage treatment tank 10 and finally discharged to the stream.

상기 막분리기(900)는 미세한 구멍이 있는 분리막을 포함하며, 상기 분리막을 통과한 것은 최종 반류수로 분리되고, 상기 분리막을 통과하지 못한 것은 고형 유기물로 분리된다.The membrane separator 900 includes a separator having fine pores. The membrane separator 900 passes through the membrane and is separated into final countercurrent water, and the membrane separator 900 does not pass through the membrane, and is separated into a solid organic material.

도 11을 참조하여, 본 발명에 따른 바이오 유기물 처리 시스템의 제5 실시 예를 설명한다.Referring to FIG. 11, a fifth embodiment of the bioorganic material treatment system according to the present invention will be described.

본 실시 예에 따른 바이오 유기물 처리 시스템은 상술한 제3 실시 예와 유사한 구성을 가진다. 다만, 상술한 제3 실시 예와 달리, 본 실시 예에 따른 바이오 에너지 회수장치는 바이오 석탄을 만들기 위하여 열수분해 유기물을 증발 응축하여 증류수와 건조유기물로 분리하는 증발응축기(1000)를 포함한다.The bio organic matter processing system according to the present embodiment has a configuration similar to that of the third embodiment described above. However, unlike the third embodiment described above, the bioenergy recovery device according to the present embodiment includes an evaporative condenser 1000 for evaporating and condensing thermal hydrolysis organic matter to distilled water and dry organic matter to make biocoal.

결과적으로, 열수분해장치(200)에서 열수분해된 열수분해 유기물은 상기 증발응축기(1000)로 유입되어 증류수와 건조유기물로 분리된다. 상기 건조유기물은 바이오 석탄으로 사용되고, 상기 증류수는 최종 반류수가 되어 하수처리조(10)로 이동된 후 최종적으로는 하천으로 방류된다.As a result, the thermal hydrolysis organic material hydrolyzed by the thermal hydrolysis apparatus 200 is introduced into the evaporative condenser 1000 and separated into distilled water and dry organic matter. The dry organic matter is used as biocoal, and the distilled water becomes final reflux water and is transferred to the sewage treatment tank 10 and finally discharged to a stream.

상기 증발응축기(1000)는 상기 열수분해 유기물을 가열하여 수증기로 증발시키고, 상기 수증기를 다시 응축하는 방법으로 상기 열수분해 유기물을 상기 증류수와 건조유기물로 분리하게 된다.The evaporative condenser 1000 separates the thermal hydrolyzed organic material into the distilled water and the dried organic material by heating the thermal hydrolyzed organic material to evaporate it into water vapor and condensing the steam again.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정한 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형의 실시가 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.As described above, the present invention is not limited to the above-described specific preferred embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. It is possible and such variations are within the scope of the present invention.

100: 슬러지 저류조 200: 열수분해장치
210: 유기물 가열유닛 211: 가열용기
213: 회전축 215: 블레이드
217: 배출용기 220: 밀폐유닛
221: 증류수 공급용기 225: 밀폐블럭
240: 보일러 유닛 250: 유기물 열교환유닛
300: 고액분리기 400:혐기소화조
500: 엠에이피(MAP) 반응조 600: 탈질조
700: 분리조 800: 응집침전조
900: 막분리기 1000: 증발응축기
100: sludge storage tank 200: thermal hydrolysis device
210: organic material heating unit 211: heating vessel
213: axis of rotation 215: blade
217: discharge container 220: sealed unit
221: distilled water supply container 225: sealed block
240: boiler unit 250: organic matter heat exchange unit
300: solid-liquid separator 400: anaerobic digester
500: MAP reactor 600: denitrification tank
700: separation tank 800: coagulation sedimentation tank
900: membrane separator 1000: evaporative condenser

Claims (23)

고분자 불용성 단백질로 이루어진 세포막 출입구를 갖는 세포막으로 세포액을 가두는 세포로 이루어진 바이오 유기물에 들어있는 물의 수소 이온과 수산이온의 농도를 이온화 상수가 3.0 × 10-12(mol/L)2 이상이 되는 농도로 만들어 상기 수소이온과 상기 수산이온이 상기 세포막 출입구를 저분자 수용성 유기물로 열수분해하는 열수분해 장치; 그리고,
상기 저분자 수용성 유기물이 상기 세포액에 녹아서 형성된 세포막 구멍을 통하여 상기 세포액이 상기 세포막의 외부로 자유롭게 이동되는 열수분해 유기물을 물리적, 화학적, 생물학적 방법 중 하나 이상의 방법으로 처리하여 물과 유기물을 분리하는 바이오 에너지 회수장치를 포함하는 바이오 유기물 처리 시스템.
The concentration of hydrogen ions and hydroxide ions in water contained in a bio-organic material consisting of cells confining cell fluid to a cell membrane having a cell membrane entrance made of a polymer insoluble protein, and the ionization constant is 3.0 × 10 -12 (mol / L) 2 or more. A thermal hydrolysis device in which the hydrogen ions and the hydroxyl ions thermally decompose the cell membrane entrance into a low molecular water-soluble organic substance; And,
Bio-energy which separates water and organics by treating thermal hydrolysis organic material in which the cell fluid freely moves to the outside of the cell membrane through at least one of physical, chemical and biological methods through the cell membrane hole formed by melting the low molecular water-soluble organic material in the cell fluid. Bio organic material processing system comprising a recovery device.
제1항에 있어서,
상기 열수분해장치의 일측에 설치되어, 상기 열수분해장치에서 일어나는 열수분해 반응을 촉진하기 위한 촉매를 투입하는 촉매투입유닛을 더 포함하는 바이오 유기물 처리 시스템.
The method of claim 1,
And a catalyst input unit installed at one side of the thermal hydrolysis device to input a catalyst for promoting a thermal hydrolysis reaction occurring in the thermal hydrolysis device.
제1항에 있어서,
상기 열수분해장치는 상기 이온화 상수가 3.0 × 10-12(mol/L)2 이상이 되도록 하기 위하여 상기 바이오 유기물을 180℃~250℃로 가열하는 유기물 가열유닛과, ,상기 유기물 가열유닛에서 배출되는 고온의 열수분해 유기물과 외부에서 공급되는 열수분해될 저온의 바이오 유기물을 열교환시키는 열교환유닛을 포함하고,
상기 유기물 가열유닛은 상기 바이오 유기물이 채워지는 유기물 공간과 상기 유기물 공간의 상부에 수증기가 채워지는 수증기 공간을 형성하는 가열용기와, 상기 수증기 공간과 상기 유기물 공간을 왕복하는 교반기를 포함하며, 상기 수증기는 상기 바이오 유기물을 가열하기 위하여 상기 수증기 공간에 공급되는 것을 특징으로 하는 바이오 유기물 처리 시스템.
The method of claim 1,
The thermal hydrolysis device is an organic material heating unit for heating the bio organic material to 180 ℃ ~ 250 ℃ in order to make the ionization constant is 3.0 × 10 -12 (mol / L) 2 or more, and discharged from the organic heating unit It includes a heat exchange unit for heat-exchanging the high temperature thermal hydrolysis organic material and the low temperature bio-organic material to be hydrothermally supplied from the outside,
The organic heating unit includes a heating vessel for forming an organic space in which the bio organic material is filled and a steam space in which steam is filled in an upper portion of the organic space, and a stirrer reciprocating the steam space and the organic space. Is supplied to the water vapor space to heat the bio organics.
제1항에 있어서,
상기 열수분해장치는 상기 바이오 유기물의 열수분해 조건을 견딜 수 있는 티타늄 재질로 제작되는 것을 특징으로 하는 바이오 유기물 처리 시스템.
The method of claim 1,
The thermal hydrolysis device is a bio-organic material processing system, characterized in that made of titanium material that can withstand the thermal hydrolysis conditions of the bio-organic material.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바이오 에너지 회수장치는 상기 열수분해 유기물을 액상유기물과 고형유기물로 분리하는 고액분리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 유기물 처리 시스템.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The bio-energy recovery apparatus comprises a solid-liquid separator for separating the thermal hydrolysis organic matter into a liquid organic matter and a solid organic matter.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바이오 에너지 회수장치는 바이오 가스를 생성하기 위하여 혐기성 미생물을 이용하여 상기 열수분해 유기물을 혐기소화시키기 위한 혐기소화조를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 유기물 처리 시스템.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The bioenergy recovery apparatus includes an anaerobic digestion tank for anaerobic digestion of the thermal hydrolysis organic material using anaerobic microorganisms to generate biogas.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바이오 에너지 회수장치는 상기 열수분해 유기물에 반응물질을 공급하여 상기 열수분해 유기물에 존재하는 질소와 인을 화학결합으로 제거하기 위한 화학 반응조를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 유기물 처리 시스템.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The bio-energy recovery apparatus includes a chemical reaction tank for supplying a reactant to the thermal hydrolysis organic material to remove nitrogen and phosphorus present in the thermal hydrolysis organic material by chemical bonds.
제7항에 있어서,
상기 화학 반응조는 상기 질소와 인을 함유하는 엠에이피(MAP: Magnesium Ammonium Phosphate)를 형성하기 위한 엠에이피(MAP) 반응조인 것을 특징으로 하는 바이오 유기물 처리 시스템.
The method of claim 7, wherein
The chemical reaction tank is a bio organic matter treatment system, characterized in that the MAP (MAP) reaction tank for forming the Magnesium Ammonium Phosphate (MAP) containing the nitrogen and phosphorus.
제7항에 있어서,
상기 바이오 에너지 회수장치는 상기 열수분해 유기물에 잔존하는 질소를 제거하기 위하여 구비되는 탈질조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 유기물 처리 시스템.
The method of claim 7, wherein
The bio-energy recovery device further comprises a denitrification tank provided to remove nitrogen remaining in the thermal hydrolysis organic material.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바이오 에너지 회수장치는 바이오 석탄을 만들기 위하여 상기 열수분해 유기물을 응집 침전시키는 응집 침전조를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 유기물 처리 시스템.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The bio-energy recovery apparatus includes a coagulation settling tank for coagulating and precipitating the thermal hydrolysis organic material to make bio coal.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바이오 에너지 회수장치는 바이오 석탄을 만들기 위하여 상기 열수분해 유기물에서 고형유기물을 분리하는 막분리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 유기물 처리 시스템.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The bioenergy recovery device comprises a membrane separator for separating solid organics from the thermal hydrolysis organics to make bio coal.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바이오 에너지 회수장치는 바이오 석탄을 만들기 위하여 상기 열수분해 유기물을 증발 응축하여 증류수와 건조유기물로 분리하는 증발응축기를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 유기물 처리 시스템.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The bio-energy recovery system comprises an evaporative condenser for evaporating and condensing the thermal hydrolysis organics to make distilled water and dry organic matter to make bio-coal.
고분자 불용성 단백질로 이루어진 세포막 출입구를 갖는 세포막으로 세포액을 가두는 세포로 이루어진 바이오 유기물에 들어있는 물의 수소 이온과 수산이온의 농도를 이온화 상수가 3.0 × 10-12(mol/L)2 이상이 되는 농도로 만들어 상기 수소이온과 상기 수산이온이 상기 세포막 출입구를 저분자 수용성 유기물로 열수분해하는 열수분해 단계; 그리고,
상기 저분자 수용성 유기물이 상기 세포액에 녹아서 형성된 세포막 구멍을 통하여 상기 세포액이 상기 세포막의 외부로 자유롭게 이동되는 열수분해 유기물을 물리적, 화학적, 생물학적 방법 중 하나 이상의 방법으로 처리하여 물과 유기물을 분리하는 바이오 에너지 회수단계를 포함하는 바이오 유기물 처리방법.
The concentration of hydrogen ions and hydroxide ions in water contained in a bio-organic material consisting of cells confining cell fluid to a cell membrane having a cell membrane entrance made of a polymer insoluble protein, and the ionization constant is 3.0 × 10 -12 (mol / L) 2 or more. A thermal hydrolysis step in which the hydrogen ions and the hydroxyl ions hydrolyze the cell membrane entrance into a low molecular water-soluble organic material; And,
Bio-energy which separates water and organics by treating thermal hydrolysis organic material in which the cell fluid freely moves to the outside of the cell membrane through at least one of physical, chemical and biological methods through the cell membrane hole formed by melting the low molecular water-soluble organic material in the cell fluid. Bio organic material treatment method comprising a recovery step.
제13항에 있어서,
상기 열수분해단계가 수행되는 동안 열수분해 반응을 촉진하기 위한 촉매를 투입하는 촉매투입단계를 더 포함하는 바이오 유기물 처리방법.
The method of claim 13,
And a catalyst input step of introducing a catalyst for promoting a thermal hydrolysis reaction while the thermal hydrolysis step is performed.
제13항에 있어서,
상기 열수분해단계는 상기 이온화 상수가 3.0 × 10-12(mol/L)2 이상이 되도록 하기 위하여 상기 바이오 유기물을 180℃~250℃로 가열하는 유기물 가열단계와, 고온의 상기 열수분해 유기물과 외부에서 공급되는 열수분해될 저온의 바이오 유기물을 열교환시키는 열교환 단계를 포함하고,
상기 유기물 가열 단계는 상기 바이오 유기물이 채워지는 유기물 공간과 상기 유기물 공간의 상부에 수증기가 채워지는 수증기 공간이 형성된 가열용기의 내부로 상기 바이오 유기물을 가열하기 위하여 상기 수증기 공간으로 상기 수증기를 공급하는 단계와, 상기 수증기 공간과 상기 유기물 공간을 왕복하는 교반기를 작동시키는 단계를 포함하는 바이오 유기물 처리방법.
The method of claim 13,
The thermal hydrolysis step is an organic material heating step of heating the bio organic material to 180 ℃ ~ 250 ℃ in order to make the ionization constant is 3.0 × 10 -12 (mol / L) 2 or more, and the thermal hydrolysis organic material and the outside of the high temperature A heat exchange step of heat-exchanging the low temperature bio organic material to be hydrolyzed supplied from
The organic material heating step includes supplying the water vapor to the steam space to heat the bio organic material into a heating container in which an organic material space filled with the bio organic material and a steam space filled with steam on the upper portion of the organic material space are formed. And operating a stirrer reciprocating the steam space and the organic space.
제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바이오 에너지 회수단계는 상기 열수분해 유기물을 액상유기물과 고형유기물로 분리하는 고액분리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 유기물 처리 방법.
The method according to any one of claims 13 to 15,
The bioenergy recovery step comprises a solid-liquid separation step of separating the thermal hydrolysis organic matter into a liquid organic matter and a solid organic matter.
제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바이오 에너지 회수단계는 바이오 가스를 생성하기 위하여 혐기성 미생물을 이용하여 상기 열수분해 유기물을 혐기소화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 유기물 처리 방법.
The method according to any one of claims 13 to 15,
The bioenergy recovery step includes the step of anaerobic digesting the thermal hydrolysis organic material using anaerobic microorganisms to generate biogas.
제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바이오 에너지 회수단계는 반응물질을 공급하여 상기 열수분해 유기물에 존재하는 질소와 인을 화학결합으로 제거하기 위한 화학 반응단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 유기물 처리방법.
The method according to any one of claims 13 to 15,
The bioenergy recovery step includes a chemical reaction step of supplying a reactant to remove nitrogen and phosphorus present in the thermal hydrolysis organic material by chemical bonds.
제18항에 있어서,
상기 화학 반응단계는 질소와 인을 함유하는 엠에이피(MAP: Magnesium Ammonium Phosphate)를 형성하기 위한 엠에이피(MAP) 반응 단계인 것을 특징으로 하는 바이오 유기물 처리방법.
The method of claim 18,
The chemical reaction step is a bio-organic material treatment method characterized in that the MAP (MAP) reaction step for forming Magnesium Ammonium Phosphate (MAP) containing nitrogen and phosphorus.
제18항에 있어서,
상기 바이오 에너지 회수단계는 상기 열수분해 유기물에 잔존하는 질소를 제거하기 위한 탈질단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 유기물 처리방법.
The method of claim 18,
The bioenergy recovery step further includes a denitrification step for removing nitrogen remaining in the thermal hydrolysis organic material.
제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바이오 에너지 회수단계는 바이오 석탄을 만들기 위하여 상기 열수분해 유기물을 응집 침전시키는 응집 침전단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 유기물 처리방법.
The method according to any one of claims 13 to 15,
The bioenergy recovery step comprises a coagulation precipitation step of coagulation precipitation of the thermal hydrolysis organic material to make bio coal.
제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바이오 에너지 회수단계는 바이오 석탄을 만들기 위하여 상기 열수분해 유기물에서 고형유기물을 분리하는 막분리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 유기물 처리방법.
The method according to any one of claims 13 to 15,
The bioenergy recovery step comprises a membrane separation step of separating the solid organic matter from the thermal hydrolysis organic matter to make bio coal.
제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바이오 에너지 회수단계는 바이오 석탄을 만들기 위하여 상기 열수분해 유기물을 증발 응축하여 증류수와 건조유기물로 분리하는 증발응축단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 유기물 처리방법.
The method according to any one of claims 13 to 15,
The bio-energy recovery step comprises an evaporation condensation step of separating the thermal hydrolysis organic matter by evaporation and condensation into distilled water and dry organic matter to make bio-coal.
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